JPS60217005A - 切削工具 - Google Patents

切削工具

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JPS60217005A
JPS60217005A JP59073570A JP7357084A JPS60217005A JP S60217005 A JPS60217005 A JP S60217005A JP 59073570 A JP59073570 A JP 59073570A JP 7357084 A JP7357084 A JP 7357084A JP S60217005 A JPS60217005 A JP S60217005A
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cutting tool
shank
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は切削工具に係シ、特に曲線状の切刃をもつチッ
プをシャンクの先端に固定した切削工具に関する。
〔発明の技術的背景と問題点〕
棒状のシャンクの先端に超硬やセラミックのチップを固
定した切削工具は、旋盤、中ぐシ盤、形削シ盤などの多
種類の工作機械に広く用いられている。従来の、切削工
具は第n図および第27図に示されたように、シャンク
ツの先端にチップ2を固定したものである。第26図は
丸棒状のワーク3の外周を旋削している状態を示し、ま
た第27図は円盤状のワーク3の端面を切削している状
態を示している。図中Nはワーク30回転方向を示し、
またfは切削工具の送シ方向を示している。このよ5な
従来の切削工具はいずれもチップλの横刃と先方の間の
ノーズ≠の部分で切削しているために、ノーズlの摩耗
や欠損が多く、また、チップの他の大部分は切削に関与
しないまま廃棄されることが多く無駄な使い方がされて
いた。また、切削時のビビリ振動を防止するために、ノ
ーズ≠の半径は小さく設定されることが多い。そのため
に、送シ量を増大すると仕上面粗さを害するし、逆に送
シ量を小さく設定すると切削能率が低下することになる
。ちなみに、仕上面粗さをHO、ツー230フ回転当シ
の送υ量をf1ノーズの半径なrで表わすと、Ho=f
”/rrの関係にある。
さらにまた、チップλを超硬合金やサーメットやセラミ
ックスなどの高硬度の材料で構成した場合には、すくい
角を大きくとることができな〜・ために切れ味が劣り切
削抵抗も増大し微少切込みができなかった。また、切削
抵抗が大きいことから切削熱の発生が多く、そのため切
削工具やワークの熱膨張が多く、高い加工精度を得るこ
とが難しかった。さらに、ワークを断続切削した場合に
はチップのノーズが切換しやすく、パリやカエリの発生
も多かやだ。
〔発明の目的〕
そこで、本発明の目的は、上述した従来の切削工具が有
する欠点を解消し、大きい送シ量でも良好な仕上面が得
られると共に切れ味を向上させ、断続切削でもチップが
欠損することのない切削工具を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明は曲線状の切刃をもつ
チップをシャンクの先端に固定した切削工具において、
上記チップは切刃を含む面が切削面とほぼ平行におかれ
、上記切刃のほぼ中点を通る接線と切削速度方向に直交
する直線とがなす傾斜角を所定の範囲に設定したことを
特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明による切削工具の実施例を第7図乃至第3図
を参照して説明する。
第7図乃至第3図は、チツプコの輪郭形状がほぼ三角形
状をした例を示しておシ、チップ2は、第3図(4)、
(B)に示したように、破線で示した正三角形jの各辺
を弦とした円弧状の切刃J、J、4を有し、チップ2の
厚さはtで示されている。また、切刃6は半径Rの円弧
で示されている。上記チップ−の中央には取付孔7が穿
設されている。
上記チップλは、第7図および第2図に示されるように
、シャンク/の先端に切欠された切欠凹所r内に収容さ
れ、切欠凹所tの底面♂昌との間にはシム2が介挿され
ている。上記切欠凹所rの底面J’aと側面lrbとの
境界には逃がし孔ioが形成されている。上記チップλ
をシャンクlに対して固定するには、締付はポル)//
の回動操作によつてロック位置とアンロック位置を動か
せるレバー/コを取付孔7に挿入してロック位置に動か
せばよい。また、この取付状態でチップ2の切刃乙のう
ち切削に供せられるのは外側に位置した切刃6aである
。
上記切刃6轟のほぼ中点Poにおける接線mの傾き角l
は切削速度方向vwに直交する直線lとのなす角度であ
って、実験によれば30−1.0度の範囲内に設定され
る。第7図に示した例では、はぼ正三角形状のチップ2
を正立した状態で使用しているため傾斜角1は10度と
なっている。また、第2図から明らかなように、切刃6
aの背部のシャンクlの一部は切刃くずを排出しやすく
するだめの排出ボケッ)/jが形成されている。
上記切刃t−には前逃げ角εが付与されておシ、この前
逃げ角δは、第7図に示したように、曲率半径Rの切刃
6轟のほぼ中点Paを通る接線mと直交する垂線nKa
つて付与すると、前記中点Poがシャンクlの最前方に
突出することになシ切込み深さを大きくとることができ
る。前記前逃げ角εの値としては3°〜/10の範囲内
で設定すればよ〜)なお第2図において、シャンクlの
先端に示した破線はシャンクツの長手軸と直交する面を
示し、実際の前面は前逃げ角6の影譬で傾斜面とな9て
いることがわかる。
第μ図は、立旋盤等の工作機械によシリング状のワーク
3の端面/μを上述した本発明による切削工具で旋削加
工している状態を示している。この例ではシャンクlは
その長手軸がワーク3の被削面lμに対してほぼ垂直に
位置しておシ、チップλの曲線状の切刃&aの中央部P
oとその周辺がワーク3の内に切込まれている。この例
における切削形態でのチップλの切刃6mの立体空間に
おける直交した3つの平面Pxy 、 PXZ 、 P
yzへの投影形状を第3図を参照して説明する。
図中Vmは切削速度の方向を示している。チップコの切
刃Amは平面Pxyと平行な切削面に対して前逃げ角ε
を残してほぼ平行に近い状態となっているため、切刃t
&は実質的に大きな曲線切刃として切削作用を行な5こ
とになシ、送シ量fが大きくても仕上面粗さの最大値H
aは極めて微少な平坦な面となる。
第6図は本実施例の切削工具を用いて下記切削条件諸元
に基いて切削した場合における仕上面の粗さ曲線を示し
ている。
第1表 上記の測定結果から明らかなようにステンレス鋼の断続
切削で回転あたシ弘jmrn という大きな送p量で概
略3.2μmの最大粗さを得ることが確認された。
第5図において、チップ2の切刃6畠の両端なA、B、
中点をPoとすると、平面Pxyに投影されたように、
Pa点の接線mと切削速度Vwに直交する直線lとのな
す角が傾斜角lとなる。また、平面Pxyに投影された
切刃6aの形状は切削速度方向■wに対向して切刃61
1の中点を中心とした凸状を呈している。
第φ図に示したように、切削速度方向に直交する送υ方
向fに切削工具を送る場合には送シ方向fに関しても切
刃6Ilは中点POを中心として凸状を呈することにな
る。
次に切刃6aのXz平面PXZへの投影像は切込み方向
(下方向)に凸状の曲線であシ、yz平面Pyzへの投
影像もやはシ切込み方向(下方向)に凸状の曲線となっ
ている。このように傾斜角lを有する切刃Aaが各方向
に向って凸曲線として作用するということは、切刃の強
度が直線よシも向上することの他に切削現象から見れば
切刃が徐々にワークに接触し、また徐々に切込みがかか
りて徐々に切削量が増加し、切削量が最大となつた後は
、今度は徐々に切削量が少なくなシ、仕上面が生成され
ることになる。したが−て、切りくずの横断面形状は両
端程薄くなる。
また、軟鋼の切りくずの色の変化から切削温度の高低を
判断すると、第7図に示したように切刃くずの両端C,
Dが淡い銀白色で切削温度が低いことを示しておシ、中
央部が濃紺色で高温であることがわかる。このことはワ
ーク3の仕上面に接する切刃くずの一端りが低温であシ
、仕上面の熱変形や熱損傷などの悪影響が少ないことが
推測される。
第r図は切削中におけるチップコな中心として拡大して
示した斜視図であって、大きな曲率半径Rを有する切刃
6aは、チップの偏平な面を切削面lSに対して逃げ角
εを残して平行に近い状態まで倒した姿勢であるため、
前記切刃6aはよシ大きな曲率半径を有する切刃として
切削作用を行なうことになυ、送シ量fが大きくても仕
上面の粗さの最大値Haは極めて微小な値となる。切削
される部分の断面8とそのX−2平面への投影8′は斜
線で示したような形状となり、切刃くずl乙の横断面形
状も切削断面同様、第7図に示したように中央部が厚く
、両端程薄くなる。これは曲線状の切刃6畠が徐りにワ
ーク3に切込み、かつ仕上面が徐々に創成されることを
意味している。切削速度Vwで曲線切刃6aに向ってき
たワーク30表面は前記切刃6aによシ切削され、分離
された切刃くず流出速度Veで流出する。このとき切刃
くず/乙は切刃6凰の傾斜角lによりて異なる方向に流
出することが判つておシ、その角度を切刃くず流出角η
Cと呼ぶ。切刃くずflは第j図に示したように全体と
しては切刃AMの傾斜した方向にねじれながら流出する
。
第り図は曲線切刃6aを角度iだけ傾斜させて、速度V
vで切削している状態での諸角度と速度の関係を説明す
るモデル図であシ、説明が簡単のたメ、第参図、第を図
において示した送Jlは省略してあシ、ワーク30幅は
曲線切刃の刃幅よシも狭< L、である。また切刃くず
/Aの流出方向を明示するために、切刃くずはカールせ
ず直線的に流出しているものとした。同図においてVW
はワークの速度(切削速度)、vcは切刃くず/Aの流
出速度、αnは垂直すくい角、αeは有効すくい角、η
Cは切刃くず流出角を表わす。
一般−に切刃6轟が切削方向と直交する方向に対し傾斜
角iだけ傾いているとき、切υくずflの流出角ηCは
切刃に垂直な平面と切りくずの流れの方向とのなす角を
すくい面上で測った値であシ、幾何学的関係から次式が
得られる。
sinαe = 8jnηcBini+(XXIηc 
(X)S + stnαn −−−(11上式において
右辺の垂直すくい角αnは切刃と仕上面に垂直な面内の
すくい角であシ、切削工具の設計時点で設定し、実際の
測定も容易である。左辺の有効すくい角αeは、第2図
に示すように切削速度vwと切刃くず16の流出速度V
cを含む面内のすくい角であシ、切削機構を支配する最
も重要なすくい角である。上式によシ、切りくず/Aの
流出角ηCが定まれば有効すくい角αeが算出できるこ
とになる。切刃くず/Aの流出角ηCは切削幅に郷しい
ワーク3の幅すと切刃くず/Aの幅bcの測定値を次式
に代入すれば近似的にめることができる。
鵡ηc=becosl/b ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(2)実際に切刃くず幅、切削幅、
垂直すくい角を測定し、切刃くず流出角を計算した結果
、点Paにおける傾斜角1が600、垂直すくい角αn
が一10oのとき、切刃くず流出角ηCは約!θ°、切
れ味を表わす有効すくい角αeは約侵0でありだ。この
ことは、切削工具のすくい角そのものは大きくない鈍い
切刃であっても、切刃を傾斜させることによシ実質的に
極めて大きなすくい角として切れ味の良い切削作用を行
なうことを意味している。
第り図は傾斜した曲線切刃Am上の一点Poに関する切
削機構を説明する図であやだが、第io図は傾斜した曲
線切刃上の各点Po、 Pl、 P2. P3. PI
Iにおける切刃くず流出角ηC2ηcl、ηc2pηc
3゜ηBを模式的に示す部分斜視説明図であシ各点の接
線の傾きが表わす傾斜角およびすくい角の差異によシ、
切りくず流出角も微妙に異つておシ、このため切刃くず
内部の応力が分散して切刃くずの幅は広くなる傾向にあ
シ、また切刃形状が切刃くず形状に転写して切刃くずの
横断面は湾曲して強固であシ、切刃くず全体として切刃
6aの傾斜方向へ滑らかに流出するため切刃6aに滞留
したシ付着することがなく、従来の切削工具に見られる
ような切刃くず付着に原因する工具摩耗は抑制され、工
具寿命が延長される。
第1/図はチップコの曲線切刃6aと、切削速度ならび
に送シの方向の関係を示す平面説明図であシ、突出した
曲線切刃6mのみ実線で示している。
同図において切削速度がVvlで示した方向の場合には
送シの方向はflか、それと逆方向のf2のいずれでも
良く、切削速度がVW2の方向の場合には送シはf2か
、それの逆方向の、Hのいずれでも良いので実際に使用
するうえで便利である。
また第1/図において切刃t8に作用する切削抵抗の主
分力は切削速度方向と同方向に作用するため、切削速度
がVvrlのときには主分力Fpの作用する方向はf2
に一致する。
従来の切削工具では第3図ならびに第27図に示したよ
うに偏平なチップコの厚さの薄い方向で切削抵抗の主分
力を受けていたため、チップの欠損事故が生じたが、本
発明になる切削工具では、第1/図に示したように偏平
なチップの寸法が大きい方向で主分力Fpを受けること
になるため、テツブの強度が増す。
上述した実施例によれば、大きな曲率半径を有する曲線
切刃を外周に設けたチップの偏平な面を、加工面に対し
て逃げ角εを残すだけでほぼ平行に近い状態まで傾け、
かつ、切削方向と送シ方向の両方に対しても前記曲線切
刃が傾斜するように構成したので次のような効果が期待
できる。
(1)切削に直接作用する切刃が切込み方向に対し極め
て大きな曲線切刃となシ、大きな送シで送っても良好な
面あらさが得られる。
(2)切削速度方向および送シ方向に対しても傾斜した
極めて大きな曲線切刃として切削作用を行なうため、有
効すくい角が大きい値となシ切れ味が向上し、パリやカ
エリの発生が減少する他、微小な切込みも可能となる。
切削抵抗も減少し、切削熱の発生も抑制され工具寿命が
長くなる他加工面と工具の熱変形や熱損傷が減少し、加
工精度が向上する。また徐々に切削する形態をとるため
、断続切削であっても衝撃が一時にかからず切刃が欠け
ることがなく、振動の発生も抑制される。
(3)切刃くず横断面が湾曲して強固であり切刃くず全
体として切刃の傾斜方向へ滑らかに流出するため、切刃
くずが切刃に付着せず、工具の摩耗が抑制される。
(4)切刃の姿態は同一のままで切削方向、送シ方向を
複数の方向から任意に選ぶことができ能率のよい切削加
工を行うことができる。切削方向はり00以上にわたっ
て変えて良く、送り方向は全く逆方向としても何ら支障
なく切削できる。
(5)従来の切削工具では、チップのノーズを切刃とし
て使用していたが本発明による切削工具ではチップのコ
ーナ部ではなく曲線切刃部を切削に使用するため、摩耗
後も従来の切削工具のチップとして未使用のままのコー
ナ部を使用することができ経済的である。またチップは
大きな曲線切刃であるため従来の切削工具のチップ取付
座にも何ら支障なく着脱可能に取付けることができ便利
である。
(6)本発明による切削工具は第弘図に示したよりな加
工物の端面加工の他、第1ユ図に示すような外周加工、
813図に示すような内周加工にも用いることができ、
端面加工の場合と同様の作用効果を有する。
(7)切削抵抗の主分力方向(切削速度方向に一致する
)に対して偏平なチップを最もその寸法が大きくなるよ
うな姿勢で取付けて切削に供するためチップおよび切刃
の強度が増し、工具寿命が延長され、また断続切削や難
削材の加工等、比較的衝撃の大きな加工にも充分適用で
きる。
また切刃が各方向に対して曲線形状であるため、直線切
刃よシも強度が向上しておシ、切刃の欠損や摩耗に対し
て強い特徴がある。
次に本発明の他の実施例を第7弘図乃至第2図を参照し
て説明する。なお前述の実施例と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。
前述の説明は概略三角形のチップを用いる場合を例にと
ったが第11図(4)、(B)は概略四角形のチップコ
の平面図および正面図を示しておシ、四辺は外に向って
凸な曲線切刃tとなってbる。
第15図は第1+図に示したチップを一つのコーナを下
にして立てた状態でシャンクlの先端部に着脱可能に取
付けた状態を示す正面図である。本実施例ではチップの
傾斜角lは侵であるがこの角度に限定する必要はな込の
は前述の通シである。
第16図は第1.5図に示した実施例の部分斜視図でア
シ、チップコはシャンクlの先端に凹設されてbる。
7!、17図はチップの取付座17を開放的にし、取付
座17の加工とチップの取付を容易たらしめた他の実施
例を示す部分斜視図である。
第itr図は概略四角形のチツプコをシャンクl先端に
、一つのコーナを下にして立てた状態で取付け、正側の
λつの曲線切刃Ah、An’が突出するように、チップ
−とシャンク/の中心線りに向つて逃げ角を設けである
。
第15’図は第1ざ図に示した実施例の部分斜視図であ
る。
第に図は第iy図に示示した実施例の切削工具をワーク
3との関係にお−て示した部分平面図であシ、シャンク
lの幅方向に半角γなるテーバをつけ、このシャンクを
刃物台/ざの側面/Isに押し当てると、シャンクの先
端に凹設した チップスにも同様に角度γなる前切刃角
が付与さハることになシ、実際に切削する切刃Amがシ
ャンクの前方に突出する。これと反対側の切刃Am’で
切削する場合には刃物台/ざの反対側の側面に、シャン
クの反対側の側面を押し当てると良い。同一の切刃で送
シ方向fを逆にすると傾斜角lが見かけ上−1となって
切削に作用するのに対し、本実施例によればその変化が
ないため、切刃〈ずの流れる形態も変化しない。
前述の実施例ではチップとして概略四角形のものを例に
とったが、 第27図(ト)、(B)は、円形チップスの平面図およ
び側面図を示したものであシ、外縁全周が曲線切刃6a
となってbる。
第二回は第21図に示した円形チップスを立てた状態で
シャンクlの先端部に凹設しレバー/、2によシ着脱可
能に固定した状態を示す正面図である。
実際に切削に供される切刃部分は点Poを中心とした部
分であシ、この部分が他のどの部分よシもホルダ前方に
突出するように、シャンクの前方ならびにチップ取付座
17に逃げ角εを付与しである。
第一図に示した実施例の部分斜視図であシ、チップ背面
にシムタを設置しである。本実施例では外縁全周が切刃
となシ得るのでPo点を中心として発生する切削による
摩耗に対応して順次、円形チップの外縁を回すようにし
て全周を有効に使用することができるため経済的である
。筐たチ・1プにコーナ部がな込ため、切込みを比較的
大きく設定することができるため用途が広く、内周加工
用としても使い易b0 伺、シムタは主として高硬度材質製のチップスが切削中
に相対的に硬度の低bシャンクlを損傷させるのを防ぐ
目的で設置するものであるため必要不可欠の構成要素で
はなく、本実施例に限らず除去することも可能である。
以上の実施例にあってはシャンク前面に、チップの外郭
形状に合わせた凹曲線形状にチップの・取付座17の壁
/7mを加工していたが、加工の簡単のため第一図に示
すように直線状の壁/7bとしたシ、第5図に示すよう
に壁/7bの一部を逃がして溝19とし各辺の切刃6と
溝の一箇所の端点qで接するようにしてもよい。この構
成を円形チップ中略四角チップを使用するシャンクにも
同様に適用することができる。また以上の実施例では加
工物を回転させて切削速度を与えて切削したが、工具忙
回転運動や直線運動を与えて加工物との間に相対速度を
与えても良い。またチップは両面の切刃が使用できる、
いわゆるネガチップを例にとったが、片面の切刃のみ使
用できる、bわゆるポジチップであっても良いことは勿
論である。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなようK、本発明忙よれば、外周
に曲線状の切刃を有するチップを傾斜させて加工面に対
し逃げ角εを残すだけでシャンクの先端に取付けたから
、傾斜した曲線状の切刃が切削に作用し送シ量を増大さ
せても良好な仕上面の仕上げ粗さが得られる。また有効
すくい角が大きいので切れ味の良い切削が行なえパリや
カエリの発生が抑制される。また、徐々に切削すること
ができるから、断続切削にも強(加工した面の温度上昇
も少なく加工能率の向上と同時に加工品質も向上させる
ことができる。また、切削主分力をチップの広い幅方向
で受けられるから、切刃とチップの強度が向上するほか
、切削の各方向に対して曲線切刃として作用するため切
刃の強度が高く、難削材などの加工忙も十分適用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による切削工具の正明図、第
2図は同切削工具の要部を示した斜視図、第3図(4)
はチップを示した平面図、第3図(B)は同チップの正
面図、第を図は同切削工具を使って面側シをしている状
態を示した斜視図、第3図は同切削状態下のチップを直
交する3つの平面に投影した状態を示した説明図、第を
図は切削面の仕上粗さを拡大して示した図、第7図は切
屑の形状と着色を示した図、第2図は切削中のチップと
切シ〈ずの排出状態を示した説明図、第り図は切削の諸
角度と速度の関係を示した七デル図、第1O図は切シ〈
ずの流出角を説明する図、第1/図は切刃と切削速度、
送シの方向を説明する説明図、第12図は本発明による
切削工具を用いた外周切削の状態を示した斜視図、第1
3図は同内周切削の状態を示した斜視図、第1弘図(4
)は四角形状のチップを示した平面図、第1弘図■)は
同チップの正面図、第13図は四角チップを7ヤンクに
取付けた正面図、第76図は同斜視図、第17図は他の
実施例による四角チップを示した斜視図、第1g図は四
角チップを取伺けた切削工具の正面図、’1iKiq図
は同工具の斜視図、第20図は刃物台に取付けられた本
発明の切削工具とワークの状態を示した平面図、第27
図(4)はリング状チップを示した平面図、第27図(
B)は同チップの正面図、第二図はリング状チップを取
付けた切削工具の正面図、第一図は同切削工具を示した
斜視図、第1図は三角チップを取付けた切削工具の他の
例を示した正面図、第3図はさらに他の例を示した正面
図、第一図は従来の切削工具による外周旋削の状態を示
した斜視図、第27図は従来の切削工具による端面切削
の状態を示した斜視図である。 l・・・シャンク、 2・・・チップ、3・・・ワーク
、l・・・ノーズ、 t・・・切刃、 7・・・取付孔
、 r・・・切欠凹所、タ・・・シム、 10・・・逃
がシ孔。 出願人代理人 猪 股 清 筋20目 第21図 第、2゜ 躬23目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l)曲線状の切刃をもつチップをシャンクの先端に固定
    した切削工具において、上記チップは切刃を含む面が切
    削面とほぼ平行におかれ、上記切刃のほぼ中点を通る接
    線と切削速度方向に直交する直線とがなす傾斜角を所定
    の範囲に設定したことを特徴とする切削工具。 コ)上記傾斜角は3d’7−A(Pの範囲に設定したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の切削工具
    。 3)上記チップは、多角形状に構成され、各辺の外側に
    向って突出する曲線状の突曲面によって構成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の切削工
    具。 ≠)上記多角形状のチッ゛ブは、平面の輪郭形状がほぼ
    三角形によって構成されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第3項に記載の切削工具。 り上記多角形状のチップは、平面の輪郭形状がほぼ四角
    形によって構成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第3項に記載の切削工具@6)上記チップはり/グ
    状に構成され、円周縁を切刃としたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の切削工具。
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